Looduse dešifreerimine: 1. osa

Meie, praegused noored, tunneme väga hästi tänapäevaseid tehnoloogiaid. Tööstus ja üleilmastumine kinkisid selle tänapäevase maailma meile. Moodsa tehnoloogia laiaulatuslike lahenduste korral ei paista miski üle võimaluste piire. Hakkasime mõistma oma ühe sõrme puudutuse potentsiaali, mis võib meile tuua teavet mis tahes nurga alt ja maailmanurgast, panna robot meie heaks tööle ja mis mitte. Maailmapanga andmetel on meditsiinivaldkonnas toimunud ka proportsionaalne kasv: keskmine eluiga tõusis 55,35 aastalt 1980. aastal 68,56 aastani 2016. aastal. Erinevate haiguste tajumine ja mõju on aastatega järk-järgult muutunud.

Kõigil ja kõigel on tumedam külg, mida me sageli unustame vaatama. Meie, inimesed, kes oleme kõigi nende tehnoloogiliste edusammude peamiseks põhjuseks, kipume ignoreerima tõsiasja, et meie kaunis kodu ei ole mõeldud ainult täna, vaid ka homseks. Jätkame arendamist ja täiustamist, vastamata väga olulisele küsimusele; kas me tahame olla parasiidid, kes on nakatanud loodust? Säästva arengu jaoks peame oma koduga looma sümbiootilised suhted.

"Vaadake sügavale loodusesse ja siis saate kõigest paremini aru," ütles suur teadlane Albert Einstein. Loodus, mis on loodusliku valiku kaudu kujunenud miljonite aastate jooksul, tuleb meie päästmisele. Sellest on kujunenud jätkusuutlik ühiskond. Loodusest inspiratsiooni ammutamine aitab meil tõhusate ja usaldusväärsete süsteemide väljatöötamisel. Biomimeetika põhineb sellel ideel, et ükski mudel ei saa olla parem kui loodus. Biomimeetikumid kasutavad loodust kui ülimat mudelit, standardit ja nõuandjat. Selle realiseerimise tulemusel on selles valdkonnas läbi viidud palju uuringuid.

Kas me teadsime biomimeetikume juba varem? Kas meil oli aru saada? Jah, meil oli. Oleme seda oma igapäevases elus sageli teadmata kasutanud. Alates teatud loomade teravatest hammastest inspireeritud labade ja telgede vormist kuni lindude inspireeritud Leonardo Da Vinci „lendava linnu” ja kilpkonna järel kujundatud sõjalaeva kindral Yi Sun-sini kilpkonnani oleme kokku puutunud biomimeetikumid.

Teatavad mineviku suurejoonelised leiutised on aja jooksul muutnud harjumuspäraseid esemeid. Üks selliseid leiutisi on vendade Wrighti leiutatud lennuk, mis on inspireeritud lendavate lindude tiibadest. Tänapäeval kõikjal ja igal pool oma koha võtnud takjakott sündis ka mehest, kes imetles pärast metsas jalutamist oma karvkatte ja koera peal takjasorti seemneid. Niisiis, kas me näeme biomimeetikume esimest korda?

See tänapäevane ajastu on tunnistajaks paljudele biomimeetikumide uurimisele, kuid kust leida biomimeetikute rakendusi. Biomimeetika üks peamisi uurimisteemasid on saada inspiratsiooni sellest, kuidas loomad kontrollivad oma keha ja sensoorseid süsteeme. See tõi kaasa biomimeetikumide rakendamise kaudu robootikas ja juhtimises tehtavate uuenduste arvu kasvu. Mis teid veel teadlasi huvitab? Nägemus looduslikes organismides, kollageeni - nahas ja teistes sidekudedes leiduva valgu - eripära, lihaste omadused ja mis mitte. Võttes inspiratsiooni väga paljudest asjadest meie ümber, tegime meie, inimesed, uuendusi materjalide, polümeeride jms valdkonnas.

Angerjas-Bot

Üks hiljutisi biomimeetika uuringuid on angerjast inspireeritud angerjas-bot. Seda töötab välja San Diego California ülikooli magistrant Caleb Christianson. See on välja töötatud eesmärgiga uurida veealuseid organisme ilma ökosüsteemi häirimata. Kunstlihaste abil välja töötatud bot on läbipaistev ja see võimaldab sellel ümbritsevaga sulanduda. See passiivselt maskeerub ja see välistab organismide lämbumise.

Värske Madagaskari komeedi koi (metssiidist koi) inspireeritud leiutis on leidnud tohutu potentsiaali avaldada märkimisväärset mõju biomeditsiini valdkonnale. Koi siidi optiliste omaduste uurimisel leiti, et sellel on erakordsed võimalused päikesevalgust peegeldada ning optilisi pilte ja signaale edastada. Columbia Engineeringu teadlased töötasid välja kunstkiudude ketramise meetodi, mis jäljendab siidi omadusi. See on avanud uue suuna bioloogilises meditsiinis optiliste ja pildisignaalide edastamiseks mõeldud bioühilduvate materjalide uurimiseks.

Keemiliste kiudude skaneerivad elektronmikroskoobid, mis jäljendavad komeedi koi kookoskiudude optilisi omadusi. Ülemine rida: vastavalt regenereeritud siidist valmistatud sünteeskiudude ristlõigete rist- ja pikilõiked, mis sisaldavad niitide õhutihedust suure tihedusega. Alumine rida: PVDF-i (polüvinülideendifluoriid) kiudude vastavad kujutised, mis sisaldavad hõõgniiditihedust suure tihedusega.

Ühes biomimeetikumide uurimislaboris, UC Berkeley biomimeetika milli-süsteemide laboris, töötatakse Ornithopteri projekti kallal. Selle roboti jaoks, et saavutada robustne intelligentsus selliste ülesannete jaoks nagu otsimine ja siseruumides navigeerimine, on ornitopteri juhitavus ühendatud õpikäsitlusega, mis teeb häirete ja takistuste olemuse osas minimaalsed eeldused. Klapitav lend tagab kõrge manööverdusvõime, mis on vajalik tööks osaliselt struktureeritud sisekeskkonnas.

Ornitopteri koordineeritud käivitamine Hexapedali robotiga

Meie, inimesed, olime ise looduslikud organismid, tuli välja väga huvitav idee. Miks mitte matkida iseennast? See idee inimestelt inspiratsiooni ammutada on andnud aluse paljudele väljakutsuvatele uurimisvaldkondadele. Humanoidrobootika on üks selliseid valdkondi, millele on viimastel aastatel tähelepanu pööratud ning mis mängib robootikauuringutes ja 21. sajandi paljudes rakendustes endiselt keskset rolli. Eeldatakse, et need robotid abistavad inimesi ja õnnetuste ajal inimtüüpi. Teadus ja tehnoloogia on viinud arenenud humanoidsete mehhatrooniliste süsteemide arendamiseni, millel on keerulised sensoorsed motoorilised võimalused, ja see on humanoidrobootika arendamisele suuresti kaasa aidanud. Üks suurimaid väljakutseid, millega selles valdkonnas silmitsi seista, on mõista infotöötlust ja inimaju aluseks olevaid mehhanisme reaalse olukorraga toimetulemisel.

Inimese närvisüsteemi võime iseseisvalt õppida ja reageerida, ressursside tõhus kasutamine, koordineerimine, refleksid ja nii edasi on mõned tunnused, mis võivad mis tahes süsteemi kasvatada. See on viinud selleni, et neuroteaduse kaudu on biomimeetikas läbi viidud palju uuringuid.

Kuna ümberringi toimuvad hingematvad teadusuuringud, võlgneme me palju sellele suurepärasele peremehele loodusele. See loodus, mis ei lakka kunagi meid inspireerimast, on siiski paljude oma saladuste avamine ja meid üllatav. Loodusearmastajana on mul hea meel avada uks looduslike organismide ja nende saladuste imelisse maailma, kas pole nii? Jälgiti järgmise episoodi jaoks, et sukelduda neuronite maailma. Kuni selle ajani naudi loodust, sea tundmatutesse küsimus ja mõista mõistatusi!

VIITED

https://www.google.com/publicdata/explore?ds=d5bncppjof8f9_&met_y=sp_dyn_le00_in&hl=et&dl=en

https://engineering.columbia.edu/press-releases/comet-moth-fabric

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180426102906.htm

https://people.eecs.berkeley.edu/~ronf/Ornithopter/index.html

- Kirjutas Aradhana Mohan Parvathy, Spideri teadus- ja arendustegevuse liige